ВЗРЫВОМАГНИТНЫЙ ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСА ТОКА Советский патент 1995 года по МПК H01H39/00 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам формирования импульсов тока мегаамперного уровня с микросекундным временем нарастания, предназначенных, например, для запитки камер с плазменным фокусом, для нагрева плазмы и др.

Известен взрывомагнитный формирователь импульса тока, содержащий внешнюю и внутреннюю индуктивные шины, с одной стороны подключенные к накопителю энергии, а с другой соединенные разрушаемой токопроводящей перемычкой, выполненной в виде ряда параллельно включенных электрически взрывающихся проволочек, расположенных радиально между внутренней из указанных шин, выполненной в виде трубы с зарядом взрывчатого вещества внутри, и внешней из указанных шин, выполненной в виде цилиндрической спирали.

В этом формирователе начало спирали образует с центральной трубой щель для ввода начального магнитного потока. Принцип формирования импульса тока основан на явлении электрического взрыва разрушаемой перемычки, возникающего за счет увеличения тока в сжигаемом взрывом контуре. При электровзрывном разрушении перемычки между спиралью и трубой возникает электродвижущая сила, которая и обуславливает возникновение импульса тока в нагрузке.

Недостатком этого устройства является потеря части магнитной энергии, запасаемой в контуре сжатия, на нагрев и испарение перемычки. Кроме того, на основе электрического взрыва не удается исключить зависимость времени нарастания импульса тока в нагрузке от времени сжатия магнитного потока и величины конечного тока в контуре, что приводит к определенной нестабильности работы и к ограничению снизу времени нарастания тока в нагрузке.

Наиболее близким из известных технических решений к данному предложению является взрывомагнитный формирователь импульса тока, содержащий коаксиально установленные токоподводящие шины, внешняя из которых выполнена в виде цилиндрической спирали, а внутренняя в виде цилиндрической трубы, заполненной зарядом взрывчатого вещества с электродетонатором, полую разрушаемую токопроводящую перемычку, соединяющую указанные шины с одного из концов, параллельно которой подключена нагрузка, и дополнительный заряд взрывчатго вещества, выполненный в виде двух коаксиальных слоев, наружная боковая поверхность внешнего из которых прилегает к внутренней поверхности указанной разрушаемой перемычки, а внутренняя поверхность внутреннего из которых прилегает к наружной поверхности указанной трубы.

В этом формирователе внутренний слой дополнительного заряда взрывчатого вещества выполнен из пластичного взрывчатого вещества (ВВ), обладающего высокой чувствительностью к ударной волне. Слои дополнительного ВВ выполнены полыми цилиндрическими.

Недостатком этого формирователя является сравнительно большое (единицы микросекунд) время нарастания импульса тока в нагрузке. Это обусловлено тем, что при разлете внутренней трубы, детонация основного заряда по которой распространяется с конечной скоростью, детонационная волна от взрыва дополнительного заряда взрывчатого вещества выходит на поверхность разрушаемой перемычки неодновременно в различных точках перемычки, что замедляет ее разрыв. Этот недостаток усугубляется с увеличением размеров формирователя.

Цель изобретения повышение крутизны фронта формируемого в нагрузке импульса тока путем повышения быстродействия разрыва разрушаемой перемычки.

Это достигается тем, что в известном взрывомагнитном формирователе импульса тока, содержащем коаксиально установленные токоподводящие шины, внешняя из которых выполнена в виде цилиндрической спирали, а внутренняя в виде цилиндрической трубы, заполненной основным зарядом взрывчатого вещества с электродетонатором, полую разрушаемую токопроводящую перемычку, соединяющую указанные шины одного из концов, параллельно которой подключена нагрузка, и дополнительный заряд взрывчатого вещества, выполненный в виде двух коаксиальных слоев, наружная боковая поверхность внешнего из которых прилегает к внутренней поверхности разрушаемой перемычки, а внутренняя поверхность внутреннего из которых прилегает к наружной поверхности указанной трубы, согласно данному изобретению, внешний слой дополнительного заряда образован вращением вокруг оси трубы кругового сектора, вершина которого обращена к оси трубы, а угол при вершине выбран от 30 до 170^о, внутренний слой дополнительного заряда выполнен в виде плоского кольца, наружная боковая поверхность которого прилегает к внутреннему ребру внешнего слоя дополнительного заряда, наружная поверхность разрушаемой перемычки охвачена дополнительно введенной диэлектрической ребристой преградой с кольцевыми канавками на внутренней поверхности, причем толщина d разрушаемой перемычки выбрана в зависимости от глубины δ скин-слоя материала перемычки в соотношении
1 ≅ ≅ 3
Выбор толщины разрушаемой перемычки в вышеуказанном диапазоне в зависимости от глубины скин-слоя обеспечивает ее высокую быстроходность за счет малой толщины и в то же время предотвращает ее от чрезмерного нагрева под действием электрического тока, что уменьшает потери энергии в перемычке.

На чертеже представлена конструктивная схема данного взрывомагнитного формирователя импульсов тока (ВМФИТ) в осевом разрезе со схематичным подключением нагрузки.

Формирователь содержит коаксиально расположенные токоподводящие шины, внешняя из которых выполнена в виде цилиндрической спирали 1, а внутренняя в виде цилиндрической трубы 2, внутри которой расположен основной заряд 3 взрывчатого вещества с электродетонатором 4, разрушаемую перемычку 5, соединяющую указанные шины через фланец 6, нагрузку 7 и дополнительный заряд взрывчатого вещества, выполненный в виде внешнего 8 и внутреннего 9 коаксиальных слоев, внешний из которых образован вращением вокруг оси трубы 2 кругового сектора с углом α при вершине, выбранном в диапазоне от 30 до 170^о, и диэлектрическую ребристую преграду 10.

Работает формирователь следующим образом.

Через контур, образованный спиралью 1, перемычкой 5 и трубой 2, пропускают импульс тока. Затем электродетонатором 4 подрывают основной заряд 3 взрывчатого вещества, что приводит к формированию внутри трубы 2 расходящейся детонационной ударной волны, распространяющейся в направлении к разрушаемой перемычке. Под действием давления продуктов детонации основного заряда 3 взрывчатого вещества труба 2 разлетается, что приводит к сжатию магнитного потока в этом контуре и к увеличению тока в контуре. При выходе ударной волны на внутреннюю поверхность внутреннего слоя 9 дополнительного заряда взрывчатого вещества в последнем мгновенно возникает расходящаяся детонационная волна, вызывающая детонацию внешнего слоя 8 дополнительного заряда взрывчатого вещества, ударная волна при взрыве которого выходит одновременно на все точки тороидальной внутренней поверхности разрушаемой перемычки, которая разрывается на ребрах преграды 10, и в нагрузке 7 формируется импульс тока.

Выбор угла при вершине кругового сектора, вращением которого образован внешний слой 8 дополнительного заряда взрывчатого вещества, больше 170^о нежелателен, т. к. угол разлета центральной трубы составляет примерно 10^о, в связи с чем при величине угла сектора больше 170^о разлетающаяся труба 2 инициирует внешний слой 8 не по внутреннему ребру, а с его тороидальной поверхности, что приводит к разновременности выхода детонационной волны на поверхность перемычки 5 и снижает крутизну формируемого в нагрузке импульса тока. При выборе угла при вершине кругового сектора меньше 30^о возрастает радиус кругового сектора, выбираемый в зависимости от требуемой по соображениям электрической прочности в разомкнутом положении длины разрушаемой перемычки 5, которую необходимо уместить на дуге окружности указанного сектора. Это приводит к увеличению поперечных габаритов формирователя.

Использование данного взрывомагнитного формирователя, как показали экспериментальные данные, позволяет по сравнению с прототипом повысить крутизну фронта импульса тока в нагрузке, что в 2-3 раза уменьшает время нарастания импульса тока в нагрузке. Эксперименты показали высокую надежность и стабильность работы формирователя при мегаамперном уровне тока.

ВЗРЫВОМАГНИТНЫЙ ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСА ТОКА, содержащий коаксиально установленные токоподводящие шины, внешняя из которых выполнена в виде цилиндрической спирали, а внутренняя в виде цилиндрической трубы, заполненной основным зарядом взрывчатого вещества с электродетонатором, полую токопроводящую разрушаемую перемычку, соединяющую указанные шины с одного из концов, параллельно которой подключена нагрузка и дополнительный заряд взрывчатого вещества, выполненный в виде двух коаксиальных слоев, наружная боковая поверхность внешнего из которых прилегает к внутренней поверхности указанной разрушаемой перемычки, а внутренняя поверхность внутреннего из которых прилегает к наружной поверхности указанной трубы, отличающийся тем, что, с целью повышения крутизны фронта, формируемого в нагрузке импульса тока, путем повышения быстродействия разрыва разрушаемой перемычки, внешний слой дополнительного заряда образован вращением вокруг оси трубы кругового сектора, вершина которого обращена к оси трубы, а угол при вершине которого выбран в диапазоне от 30 до 170^o, внутренний слой дополнительного заряда выполнен в виде плоского кольца, наружная боковая поверхность которого прилегает к внутреннему ребру внешнего слоя дополнительного заряда, наружная поверхность разрушаемой перемычки охвачена дополнительно введенной диэлектрической ребристой преградой с кольцевыми канавками на внутренней поверхности, причем толщина d разрушаемой перемычки выбрана в зависимости от глубины σ скин-слоя материала перемычки в соотношении